JP2013162192A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイムラプス撮影中、撮像素子の温度が周囲の環境温度によって上下してしまい、暗電流による固定パターンノイズが増減し、収録した映像のノイズ量が変化することで、違和感のある映像が記録される。
【解決手段】タイムラプス撮影を行う際に、冷却システムを用いてはじめの映像を取得した時の撮像素子の温度に一定に制御することで、撮像素子の暗電流によるノイズをタイムラプス撮影中は一定に保つ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タイムラプス撮影機能を有するデジタル一眼レフカメラやデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置に関する。

近年、撮像装置に搭載される撮像素子は、より高精細な画像取得に対応すべく、大型化及び高画素化が進んでいる。また撮像素子からの映像信号の読出しを速くし、高速なフレームレートに対応した撮像素子も実用化されている。

しかし、それに伴い、撮像素子の消費電力は増加の一途を辿り、撮像装置によっては、撮像素子に冷却機構が設けられているものが多くなっている。

冷却機構は、熱伝導率の高いグラファイトシートやヒートシンク、ヒートパイプなどで、撮像装置の他の筐体の部分に熱を逃がす方法をはじめとし、ファンを用いた空冷冷却、ペルチェ素子とファンを用いた電気的な冷却と空冷を組み合わせた冷却方法など、いくつかの機構が存在している。

筐体に熱を逃がす方法や、ファンを用いた空冷冷却では周囲の温度以下には撮像素子の温度を下げることはできないが、ペルチェ素子を用いた電気的な冷却を組み合わせることで、撮像素子の温度を一定の温度に保ったり、周囲温度より低く保持することも可能となる。

これらは撮像素子を低温に保つ必要のある天体観測用や、監視用などの高感度撮像装置などに搭載されていることが多い。

撮像素子は温度が上がることで、暗電流成分によるノイズが発生する。発生原因は拡散電流等さまざまで、暗電流は撮像素子の温度が８℃上がるごとに約２倍に増加することが広く知られている。

暗電流が増加することで、撮像素子から固定パターンのノイズが発生し、出力映像に汚いムラのような模様が発生してしまう。

一方、撮像装置には、被写体の経時変化を観察するためのタイムラプス撮影（インターバル撮影）と呼ばれる機能を有しているものがある。タイムラプス撮影では、まず、操作者が撮影間隔を指定する。この撮影間隔が経過する毎に、撮像装置が映像を撮影・記録する。このようなタイムラプス機能を持つ撮像装置では、撮影を行っていない間も電源が供給されてしまう。

特許文献１は、タイムラプス機能による撮影実施中に、記録する間の時間は、撮像装置システム全体のパワーセーブを行い、撮像装置の省電力化を行うことができる。

また、特許文献２は、ペルチェ素子などを用いて、撮像素子がある目標温度になるように制御する。目標温度は撮像素子の露光時間で決定され、露光時間が長いほど暗電流成分によるノイズ量が増えるため、冷却を強力にすることで映像のノイズ成分を抑制する。

特開２０１０−８８５６号公報 特開２００４−１１７８７３号公報

しかしながら、特許文献１の手法では、タイムラプス撮影中、撮像素子の温度が周囲の環境温度によって上下してしまい、暗電流による固定パターンノイズが増減し、収録した映像のノイズ量が変化することで、違和感のある映像が記録されてしまう。

また、特許文献２では、露光時間によって冷却の目標温度を定め、映像のノイズ成分の増減は防ぐことができるが、常にある一定の温度まで冷却を行うために、消費電力が大きくなるという課題がある。

このような問題を鑑みて、本撮像装置は撮像素子の温度が変化し、暗電流によるノイズが増減
することで収録する映像に残る違和感をなくし、なおかつ消費電力を極力低減することのできる撮像装置である。

上述の問題点を解決するため、本発明の撮像装置は、
光学レンズからの光を取り込み、映像信号に変換する撮像素子と、
撮像素子を加熱・冷却することのできる手段と、
撮像素子から出力される映像信号を処理する画像処理ＬＳＩと、
撮像素子の温度を計測できる手段と、
ある一定の間隔で映像を取得し、記録することが可能な機能を持ち、ある一定の間隔で映像を取得する際に、冷却システムを用いてはじめの映像を取得した時の撮像素子の温度に一定に制御できるような手段を持つことを特徴とする。

タイムラプス撮影中、撮像素子の温度を撮影開始時の温度に一定に保ち、暗電流成分などによる画質変化を最小限に抑えることで、違和感のない映像を記録することができる。

本発明の撮像装置における、代表的な構成を示す図である。 本発明の撮像装置における、撮像素子温度の制御を説明する図である。 本発明の動作を示すフローチャートである（その１）。 本発明の動作を示すフローチャートである（その２）。

以下、図面を参照しながら本発明の形態について説明する。

図１は本発明の撮像装置の代表的な構成である。

以下に、図１を用いて本発明の構成について説明する。

撮像装置の光学系１０１は、光を取り込むためのレンズ、光学的なローパスフィルタ、静止画撮像装置の場合は光学ミラーなどを含み、撮像素子１０２に光を入射する。

撮像素子１０２は、光学系１０１からの光を電気信号に変換し、画像処理ＬＳＩ１０３へ映像信号を出力する。撮像素子のなかには、撮像素子の中でＡ／Ｄ変換を持つものも実用化されており、その場合はデジタル化された映像信号を画像処理ＬＳＩ１０３へ出力する。

画像処理ＬＳＩ１０３は、撮像素子１０２からの映像信号をＡ／Ｄ変換するためのアナログフロントエンドも含まれ、映像の黒レベルのクランプやガンマ、ニーなどの各種画像処理を行う。

信号記録部１０４は、本発明で使用するタイムラプス機能の実現を行い、操作者の設定した記録間隔及び記録時間に従い、映像の記録を行う。

演算処理部１０５は、環境温度用温度センサ１０６と撮像素子用温度センサ１０７のそれぞれの温度センサから出力された電圧値を温度の値に変換する。また、それぞれの温度値から加熱・冷却にかかる時間などの計算も行う。

記憶部１０８は、特に本発明の撮像装置においては、タイムラプス撮影開始時の温度センサの出力値を記憶する機能をもつことを特徴とする。

次に、図２を用いて、本発明の撮像装置の実施例１における、撮像素子温度の制御を説明する。

図２（ａ）は主な撮像装置における周囲の環境温度と撮像素子の温度変化を示した図である。横軸は時間、縦軸は温度を表す。

日中は環境温度が高く、それに伴い撮像素子の温度も高くなるが、夜間になって環境温度が低くなると、それに伴って撮像素子の温度も下がる。環境温度と撮像素子の温度の差は、特に冷却機構を使用しなければ、一定であるのが一般的である。

図２（ｂ）はタイムラプス機能により、撮影間隔を空けて記録を行う場合の撮像素子の温度制御に関する図である。

本発明の撮像装置は、タイムラプス機能を使用して撮影を開始したときの撮像素子の温度を計測し、記憶する。そして次の撮影時に、撮像素子の温度がタイムラプス記録を開始したときの温度になるように制御を行う。

実際の撮像装置の動作について、図３を用いて説明する。

図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る撮像装置におけるフローチャートである。

記号について説明する。

ｎ及びｍはタイムラプス撮影によって記録する撮影枚数もしくは、撮影するフレーム数を表す。撮像装置の操作者によって値は決定される。

ａは撮像素子の加熱・冷却にかかる時間である。この値は現在の撮像素子の温度と、目標とする撮像素子の温度を比較し、撮像装置の演算回路により決定される。

ｂは撮像素子を加熱冷却するとき、加熱するか冷却するかを決定する環境温度のしきい値となる温度である。ｂを超えたときは冷却、ｂを超えないときは加熱し、撮像素子の温度を調節する。ｂは目標とする撮像素子の温度、すなわちタイムラプス撮影したときの撮像素子の温度である。

次にフローチャートの動作について説明する。

Ｓ１において、操作者によってタイムラプス撮影が開始される。

Ｓ２では、タイムラプス撮影が開始されたときの撮像素子の温度を測定し、記憶回路に記憶すると同時に、Ｓ３でタイムラプス撮影の第一のフレームを記録する。

撮像装置はＳ４に至るまでの間、撮像素子の温度を測定しておき、目標とする撮像素子の温度との差を確認し、撮像素子の温度を目標とする温度になるまでの時間ａを計算する。

Ｓ５では撮像素子の温度Ｔが、目標とする撮像素子の温度ｂよりも高い場合は、冷却機構による冷却（Ｓ６）、低い場合は冷却機構を用いずに加熱を行い（Ｓ７）、撮像素子の温度を目標温度となるよう制御を行う。

Ｓ８において、所定の時間が来たら次のフレームを記録する。操作者が設定した記録枚数もしくはフレーム数に達したら（Ｓ９）、終了処理を行う。達していない場合は、Ｓ４までを繰り返す。

以上のように、タイムラプス撮影中、撮像素子の温度をタイムラプス撮影開始時点の温度に合わせることで、暗電流によるノイズを撮影中は一定に保ち、収録後の映像にノイズが増減することなく違和感のない映像を残すことができる。

図３（ｂ）は冷却機構にペルチェ素子などをはじめとした電気的冷却手段を持つ撮像装置の場合における、本発明の実施例である。

実施例１に加え、Ｓ５において撮像素子温度Ｔが目標温度ｂに対して低い場合は加熱するが、目標温度ｂに対して高く、冷却が必要である場合、
Ｓ１１において環境温度Ｔｃが目標温度ｂよりも高い場合は、空冷冷却では目標温度に達しないため、Ｓ１２で電気的冷却と空冷冷却をともに用いる。

１０１ ・・・光学系
１０２ ・・・撮像素子
１０３ ・・・画像処理ＬＳＩ
１０４ ・・・信号記録部
１０５ ・・・演算処理部
１０６ ・・・環境温度用温度センサ
１０７ ・・・撮像素子用温度センサ
１０８ ・・・記憶部

Claims (3)

1. 光学レンズからの光を取り込み、映像信号に変換する撮像素子と、
   撮像素子を加熱・冷却することのできる手段と、
   撮像素子から出力される映像信号を処理する画像処理ＬＳＩと、
   撮像素子の温度を計測できる手段と、
   ある一定の間隔で映像を取得し、記録することが可能な機能を持ち、ある一定の間隔で映像を取得する際に、冷却システムを用いてはじめの映像を取得した時の撮像素子の温度に一定に制御できるような手段を持つことを特徴とする撮像装置。
2. 撮像素子の温度と目標温度との差から、次撮影時に目標温度になるために加熱・冷却の時間及び手法を演算する回路を持つことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 環境温度を計測できる手段を持ち、撮像素子の温度と環境温度の温度、目標温度から、電気的な冷却機構を使用するかどうかを判断する手段を持つことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。